在新型無(wú)線微芯片的幫助下,光遺傳技術(shù)能夠?yàn)榕两鹕∫约耙钟舭Y等疾病提供新的治療途徑。

即使是小鼠那樣相對(duì)簡(jiǎn)單的大腦,也具有令人生畏的復(fù)雜性。神經(jīng)科學(xué)家和心理學(xué)家能夠觀察大腦對(duì)多種刺激做出的反應(yīng),甚至能夠?yàn)榛蛟谀X中的表達(dá)方式繪制地圖。
但是,如果沒(méi)有方法來(lái)控制單個(gè)神經(jīng)元以及其他種類(lèi)腦細(xì)胞的啟動(dòng)和關(guān)閉的話,研究人員就很難解釋大腦的工作過(guò)程,至少無(wú)法完整而精細(xì)地理解類(lèi)似于帕金森病以及抑郁癥一類(lèi)的疾病,也就無(wú)法找到治療的方法了。
科學(xué)家曾試圖使用電極來(lái)記錄神經(jīng)元的活動(dòng),但是這種方法是有局限的。它是一種非常粗略、不的方法,因?yàn)殡姌O會(huì)刺激臨近的每個(gè)神經(jīng)元,而且無(wú)法區(qū)分不同的腦細(xì)胞。
2005年,神經(jīng)科學(xué)取得了重大突破。神經(jīng)遺傳學(xué)家找到了一種方法,用基因工程制造對(duì)特定顏色的光產(chǎn)生反應(yīng)的神經(jīng)元。這種技術(shù)被稱(chēng)為光遺傳學(xué)(optogenetics),它建立在70年代色素蛋白質(zhì)研究的基礎(chǔ)之上。這類(lèi)蛋白被稱(chēng)為視紫質(zhì),是由視蛋白基因家族編碼的。
這些蛋白質(zhì)就像能被光驅(qū)動(dòng)的離子泵一樣工作。沒(méi)有眼點(diǎn)的微生物也用視紫質(zhì)來(lái)從入射光中提取能量和信息。
通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)視蛋白基因插入小鼠特定神經(jīng)元的方式,生物學(xué)家能夠用可見(jiàn)光任意激活或者關(guān)閉這些神經(jīng)元。多年來(lái),科學(xué)家不斷對(duì)這些蛋白質(zhì)進(jìn)行修改,打造出了能對(duì)不同色光(從深紅到綠色、黃色、藍(lán)色)作出反應(yīng)的不同版本。
他們將不同的基因插入不同的細(xì)胞,然后用不同的色光脈沖以的時(shí)序依次激活某個(gè)神經(jīng)元以及相鄰的神經(jīng)元。
這個(gè)技術(shù)進(jìn)步至關(guān)重要,因?yàn)樵诨铙w大腦中,時(shí)機(jī)決定了一切。同一個(gè)信號(hào),在某一時(shí)刻發(fā)出和在幾毫秒后發(fā)出,起到效果可能*相反。
光遺傳學(xué)的發(fā)明極大地促進(jìn)了腦科學(xué)進(jìn)展。但是,實(shí)驗(yàn)研究人員還是面臨如何將光照射到大腦深處組織的困難。
而現(xiàn)在出現(xiàn)了一種極薄的柔性微芯片,大小與神經(jīng)元相差無(wú)幾。研究者正在測(cè)試這種能夠被注射入體內(nèi),通過(guò)無(wú)線的方式控制神經(jīng)元的設(shè)備。它們能夠被植入大腦深處,而對(duì)臨近組織造成的損傷微乎其微。
光遺傳學(xué)已經(jīng)為腦功能障礙(包括帕金森病的震顫、慢性疼痛、視覺(jué)損傷和抑郁癥)的研究開(kāi)啟了新的大門(mén)。腦神經(jīng)化學(xué)對(duì)于某些腦疾病來(lái)說(shuō)無(wú)疑非常重要。這也是為什么一些藥物能夠改善癥狀的原因,不過(guò)這些藥物的作用是有極限的。
但是,當(dāng)大腦的高速電回路被干擾時(shí),得到新型無(wú)線微芯片技術(shù)幫助的光遺傳學(xué)研究能夠?yàn)樯鲜瞿X疾病提供新的治療途徑。
比如zui近的研究發(fā)現(xiàn),某些關(guān)閉了特定的神經(jīng)元的非侵入性光療法能夠治療慢性疼痛。這為阿片類(lèi)藥物提供了一種令人欣喜的替代療法。
在*范圍內(nèi),每四個(gè)人就有一個(gè)飽受精神疾病的困擾,而精神疾病是導(dǎo)致勞動(dòng)力喪失的主要原因。先進(jìn)光遺傳學(xué)對(duì)大腦的揭秘讓人翹首以盼。


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